上海交通大學(xué)的研究人員設(shè)計(jì)了一種可擴(kuò)展和耐用的雙面保暖斗篷，可以在不需要外部能量輸入的情況下，實(shí)現(xiàn)全季節(jié)的被動(dòng)式溫度調(diào)節(jié)。這種保暖斗篷可以有效地保護(hù)電動(dòng)汽車的電池免受溫度波動(dòng)的影響，從而延長(zhǎng)電池的壽命，并減少能量損耗。這種保暖斗篷的原理和制作方法都非常簡(jiǎn)單，但是效果卻非常顯著，可以為未來(lái)的汽車、建筑、航天器甚至外星居住地提供一種節(jié)能環(huán)保的溫度控制方案。

保暖斗篷的設(shè)計(jì)

保暖斗篷是由兩層不同的材料組成的。外層是由硅纖維涂覆硼氮片的反射層，它可以有效地反射太陽(yáng)光，并通過(guò)輻射冷卻將吸收的熱量散發(fā)到外層空間。硅纖維是一種輕質(zhì)、強(qiáng)度高、耐高溫的材料，它可以作為保暖斗篷的基底；硼氮片是一種類似于石墨的二維材料，它具有高度的吸收和發(fā)射率，以及優(yōu)異的熱導(dǎo)率，它可以作為保暖斗篷的功能層。這種反射層的厚度約為0.5毫米，其反射率在可見光和近紅外光范圍內(nèi)高達(dá)90%以上，而在遠(yuǎn)紅外光范圍內(nèi)低于10%，這意味著它可以有效地阻擋太陽(yáng)光的輻射，并將吸收的熱量以長(zhǎng)波紅外光的形式散發(fā)出去。這種長(zhǎng)波紅外光可以穿透大氣層，直接到達(dá)外層空間，從而實(shí)現(xiàn)輻射冷卻。輻射冷卻是一種自然現(xiàn)象，它指的是物體通過(guò)發(fā)射長(zhǎng)波紅外光來(lái)降低自身溫度。地球也是通過(guò)這種方式來(lái)冷卻自己的。

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內(nèi)層是由鋁箔制成的隔熱層，它可以阻止物體和保暖斗篷之間的傳導(dǎo)和對(duì)流熱交換，并利用光子回收效應(yīng)來(lái)保留物體的熱量。鋁箔是一種廉價(jià)、易得、可塑性強(qiáng)、導(dǎo)熱性差、反射性好的材料，它可以作為保暖斗篷的隔熱層。這種隔熱層的厚度約為0.02毫米，其反射率在遠(yuǎn)紅外光范圍內(nèi)高達(dá)90%以上，這意味著它可以有效地反射物體發(fā)出的長(zhǎng)波紅外光，并將其重新返回給物體。

這種過(guò)程稱為光子回收，它指的是物體通過(guò)反復(fù)吸收和發(fā)射電磁波來(lái)保持自身溫度。這種效應(yīng)在夏天也會(huì)發(fā)生，但由于外層反射層已經(jīng)將大部分太陽(yáng)光反射回去，所以物體不會(huì)受到過(guò)多的熱量輸入。而在冬天或夜晚，由于周圍環(huán)境溫度低于物體溫度，所以物體會(huì)不斷地向外散發(fā)熱量。如果沒(méi)有內(nèi)層隔熱層的保護(hù)，物體的溫度會(huì)迅速下降。但由于內(nèi)層隔熱層的存在，物體發(fā)出的熱量會(huì)被反射回來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)熱量的保留。

保暖斗篷的性能

為了測(cè)試保暖斗篷的性能，研究人員在上海市進(jìn)行了實(shí)地試驗(yàn)，將一輛覆蓋了保暖斗篷和一輛未覆蓋的電動(dòng)汽車停放在室外，并測(cè)量了它們?cè)诓煌瑫r(shí)間段內(nèi)的車廂溫度。結(jié)果顯示，在白天，覆蓋了保暖斗篷的汽車車廂溫度比未覆蓋的汽車低了22.8°C—27.7°C，比環(huán)境溫度低了7.8°C。在午夜，覆蓋了保暖斗篷的汽車車廂溫度比環(huán)境溫度高了6.8°C，始終保持在0°C以上。這些數(shù)據(jù)表明，保暖斗篷可以有效地緩解電動(dòng)汽車電池因?yàn)闇囟炔▌?dòng)而導(dǎo)致的性能下降和壽命縮短。

保暖斗篷的優(yōu)勢(shì)在于它是一種被動(dòng)式的溫度調(diào)節(jié)方案，不需要任何外部能量輸入，也不需要任何開關(guān)或控制器來(lái)切換不同的工作模式。它只需要利用自然界中存在的物理現(xiàn)象，就可以實(shí)現(xiàn)全季節(jié)的溫度調(diào)節(jié)。而且，保暖斗篷所使用的材料都是易于制造和擴(kuò)展的，成本也不高，可以適用于各種規(guī)模和形狀的物體。此外，保暖斗篷還具有環(huán)保的特點(diǎn)，因?yàn)樗梢詼p少能量消耗和排放，同時(shí)也可以通過(guò)輻射冷卻的方式，將多余的熱量釋放到外層空間，從而降低地球表面的溫度。